專利名稱：光纖傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域中的傳感器，尤其涉及一種應(yīng)用于振動(dòng)測(cè)量的光纖傳感器。
背景技術(shù)：
在光傳感技術(shù)中，雙光束干涉---駐波原理是兩個(gè)頻率相同，振動(dòng)方向相同，而傳播方向相反的單色光疊加，例如入射光與反射光疊加，會(huì)產(chǎn)生駐波。
設(shè)入射波為E1＝acos(kz+ωt)，反射波為E′1＝acos(kz-ωt+δ)，其中反射面后的介質(zhì)折射率為n2，光傳播介質(zhì)折射率為n1，n2＞n1，δ＝π，合波為E=2αcos(kz+δ2)cos(ωt-δ2)]]>其特點(diǎn)振幅與位置z有關(guān)，與時(shí)間無(wú)關(guān)，相位只與時(shí)間有關(guān)，與位置z無(wú)關(guān)。
中國(guó)專利93243229利用上述雙光束駐波原理，在光準(zhǔn)直器設(shè)有一反射鏡，反射鏡與準(zhǔn)直器之間是高分子材料。其原理是，當(dāng)溫度變化時(shí)，高分子材料折射率發(fā)生改變，反射鏡與準(zhǔn)直器間光程隨之改變，根據(jù)雙光束駐波原理，準(zhǔn)直器端面的光強(qiáng)度發(fā)生改變，據(jù)此來(lái)探測(cè)溫度變化。其缺點(diǎn)在于，即使溫度不變，若外接光纖長(zhǎng)度比同，前面所有價(jià)格相同，根據(jù)雙光束干涉理論，探測(cè)到的光強(qiáng)度是不同的；即使所有結(jié)構(gòu)均一致(外接光纖長(zhǎng)度相同)，若光纖本身溫度在變化，探測(cè)到的光強(qiáng)度也不同。因此該方案必須經(jīng)過(guò)很多的進(jìn)一步的處理才能實(shí)現(xiàn)其設(shè)想的功能；并且，它只能適合溫度測(cè)量，而不能適用于壓力和聲波探測(cè)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的光纖傳感器，它能抗電磁干擾且性能穩(wěn)定，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、精度高、靈敏度高。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種光纖傳感器，包括一傳感器外殼；位于傳感器外殼前部的一分路器；與分路器光連接的光探測(cè)器，設(shè)置在傳感器外殼后部的準(zhǔn)直透鏡和反射鏡裝置；其特點(diǎn)是所述的設(shè)置在傳感器外殼后部的反射鏡裝置包括位于傳感器外殼后端面上的反射膜，該反射膜呈柔性狀態(tài)，它依靠外界聲波振動(dòng)或壓力改變準(zhǔn)直透鏡和反射鏡裝置之間的光程。
在上述的光纖傳感器中，其中，所述的反射鏡裝置的反射膜是在一柔性鼓膜的內(nèi)側(cè)上鍍?cè)O(shè)一層反射膜而形成。
在上述的光纖傳感器中，其中，所述的反射鏡裝置的反射膜是一薄金屬鋼片。
在上述的光纖傳感器中，其中，所述的反射鏡裝置還包括一設(shè)置在傳感器外殼內(nèi)腔后部中的反射鏡。
在上述的光纖傳感器中，其中，所述的設(shè)置在傳感器外殼前部的分路器是一Y型分路器，其中，分路與光探測(cè)器連接，承接窄帶光源，分路與光源連接，分路匯集分路和分路的光信號(hào)后送至準(zhǔn)直透鏡。
在上述的光纖傳感器中，其中，在所述的傳感器外殼前端孔處設(shè)置密封膠，該密封膠與傳感器外殼前側(cè)端孔緊密結(jié)合；所述的反射膜與傳感器外殼后側(cè)端緊密貼合。
在上述的光纖傳感器中，其中，在所述的由密封膠和反射膜緊密貼合的傳感器外殼的內(nèi)腔呈真空狀。
在上述的光纖傳感器中，其中，在所述的由密封膠和反射膜緊密貼合的傳感器外殼的內(nèi)腔呈非真空狀。
本發(fā)明光纖傳感器由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)光纖溫度傳感器相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1.本發(fā)明由于應(yīng)用了入射波與反射波干涉產(chǎn)生駐波的原理，利用光纖準(zhǔn)直器端面與對(duì)面的反射鏡間F-P現(xiàn)象，使外界振動(dòng)或壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閮烧唛g距的變化，從而使光探測(cè)器探測(cè)到的光發(fā)生相應(yīng)的變化，因此不僅精度高，并且靈敏度更高；2.本發(fā)明由于通過(guò)改變反射鏡裝置與傳感器外殼的密封，就可以將本發(fā)明既可以應(yīng)用在聲光傳感器方面，也可以應(yīng)用在壓力傳感檢測(cè)上；
3.本發(fā)明由于信息的載體為光纖，并且采用的是干涉原理，因此具備抗電磁干擾、靈敏度高的特點(diǎn)；4.本發(fā)明由于能適合壓力和聲波探測(cè)，并且與溫度及光纖長(zhǎng)度(準(zhǔn)直器到光強(qiáng)探測(cè)器)無(wú)關(guān)，因此較好地克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。
5.本發(fā)明由于是無(wú)光源器件，內(nèi)部元件小，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，并且成本低。


通過(guò)以下對(duì)本發(fā)明光纖傳感器的若干實(shí)施例結(jié)合其附圖的描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。其中，附圖為圖1是依據(jù)本發(fā)明提出的光纖傳感器方案的原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明光纖傳感器第一實(shí)施例應(yīng)用于聲波探測(cè)的光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明光纖傳感器第二實(shí)施例應(yīng)用于壓力檢測(cè)的光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
由背景技術(shù)可以看出，入射波與反射波的合波E=2αcos(kz+δ2)cos(ωt-δ2)]]>的振幅A=2αcos(kz+δ2)]]>是隨z變化而變化的，該z為反射鏡面到光纖準(zhǔn)直器端面的距離，如果z變化，則光強(qiáng)將會(huì)光纖準(zhǔn)直器端面處光強(qiáng)就會(huì)發(fā)生變化。
為此，本發(fā)明光纖傳感器，應(yīng)用了入射波與反射波干涉產(chǎn)生駐波的原理，利用光纖準(zhǔn)直器端面與對(duì)面的反射鏡間F-P(激光諧振腔)現(xiàn)象，使外界振動(dòng)或壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閮烧唛g距的變化，從而使光探測(cè)器探測(cè)到的光發(fā)生相應(yīng)的變化。
請(qǐng)參見圖1所示，這是本發(fā)明光纖傳感器方案的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明光纖傳感器，包括一傳感器外殼10，位于傳感器外殼10前部的一分路器20，與分路器20光連接的光探測(cè)器30(參見圖2)，安置在傳感器外殼10中的一準(zhǔn)直透鏡40，設(shè)置在傳感器外殼10后部的反射鏡裝置50。其中，所述的傳感器外殼10形成內(nèi)腔空間，提供安置準(zhǔn)直透鏡40與反射鏡裝置50的部分部件的條件；所述的設(shè)置在20傳感器外殼10前部的分路器20是一Y型分路器20，其中，分路21承接窄帶光源，分路23匯集分路21和分路22的光信號(hào)后送至位于傳感器外殼10中的準(zhǔn)直透鏡40；所述的反射鏡裝置50包括位于傳感器外殼10后端面上的反射膜51和設(shè)置在傳感器外殼10內(nèi)腔后部中的反射鏡52；在本發(fā)明中，該反射膜51呈柔性狀態(tài)。
本發(fā)明光纖傳感器方案的工作原理為窄帶光源從Y型分路器20的分路21進(jìn)入，經(jīng)分路23傳入位于傳感器外殼10中的準(zhǔn)直透鏡40，光束被準(zhǔn)直透鏡40準(zhǔn)直輸出后，被反射鏡裝置50的反射鏡52反射(或被反射膜51反射)，反射光耦合進(jìn)準(zhǔn)直透鏡40，輸入光與反射光在準(zhǔn)直透鏡40和反射鏡52中間干涉；設(shè)定無(wú)聲音振動(dòng)作用在反射膜51上(不工作狀態(tài))，該波長(zhǎng)的入射光與反射光在準(zhǔn)直透鏡40與反射鏡52間干涉生成駐波，且準(zhǔn)直透鏡40端面處于駐波波節(jié)；當(dāng)有聲波作用在反射膜51上，使反射膜51被迫振動(dòng)時(shí)，準(zhǔn)直透鏡40與反射鏡52的間距發(fā)生變化，準(zhǔn)直透鏡40端面的光功率作相應(yīng)變化(另波節(jié)兩邊相位關(guān)系是相反的)，該變化可以被Y型分路器20的分路23、分路22傳播出來(lái)，并被探測(cè)器30(參見圖2)探測(cè)。
請(qǐng)結(jié)合圖1參見圖2所示，圖2是本發(fā)明光纖傳感器第一實(shí)施例用于聲波探測(cè)的光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，設(shè)置在20傳感器外殼10前部的分路器20其分路21與光探測(cè)器30連接，承接窄帶光源，分路22與光源連接，該光源1310nm(納米)光源，分路23匯集分路21和分路22的光信號(hào)后穿過(guò)傳感器外殼10前部的一小孔后送至位于傳感器外殼10中的準(zhǔn)直透鏡40；而設(shè)置在傳感器外殼10后部的反射鏡裝置50采用的是反射膜51，該反射膜51是在一柔性鼓膜的內(nèi)側(cè)即面向準(zhǔn)直透鏡40一側(cè)面上鍍?cè)O(shè)一層反射膜而形成，由于反射膜51具有一柔性較好的鼓膜，因此在本實(shí)施例中，為了提高靈敏度，取消了設(shè)置在傳感器外殼10內(nèi)腔后部中即反射膜51前的反射鏡52，而直接在柔性鼓膜上鍍反射膜形成反射膜51并直接進(jìn)行光反射，因此它是一靈敏度較高的聲光傳感器或調(diào)制器。
本實(shí)施例本發(fā)明光纖傳感器方案的工作原理為當(dāng)光源60發(fā)出的光經(jīng)分路22、分路23、準(zhǔn)直透鏡40后變?yōu)闇?zhǔn)直光，被反射膜51反射，并與入射光干涉，產(chǎn)生駐波，又經(jīng)分路23、分路21傳輸進(jìn)入與分路21連接的探測(cè)器30；當(dāng)反射膜51因遇到聲波而做被迫振動(dòng)時(shí)，準(zhǔn)直透鏡40與反射膜51間距發(fā)生變化，導(dǎo)致探測(cè)器30所探測(cè)到的是被聲波調(diào)制過(guò)的光波，該光波中就含有聲波的信息，經(jīng)過(guò)一系列處理，可以還原出本來(lái)的聲音，由此該裝置適合于一些特殊場(chǎng)合的聲波探測(cè)。
請(qǐng)結(jié)合圖1參見圖3所示，圖3是本發(fā)明光纖傳感器第二實(shí)施例用于壓力檢測(cè)的光纖傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于其一，在傳感器外殼10前端孔處設(shè)置密封膠11，該密封膠11與傳感器外殼10前側(cè)端孔緊密結(jié)合；在傳感器外殼10后端通過(guò)反射膜51與傳感器外殼10后側(cè)端緊密貼合，此時(shí)，可以對(duì)傳感器外殼10內(nèi)進(jìn)行抽真空，使內(nèi)腔呈真空狀，也可以是非真空狀；其二，反射膜51是一薄金屬鋼片，將反射鏡52粘在反射膜51上。
本實(shí)施例本發(fā)明光纖傳感器方案的工作原理為當(dāng)外界壓力增加時(shí)，反射膜51被壓凹進(jìn)去，使準(zhǔn)直透鏡40與反射鏡52之間的距離變小，而當(dāng)外界壓力減小時(shí)，反射膜51鼓出來(lái)，使準(zhǔn)直透鏡40與反射鏡52之間的距離變大，上述準(zhǔn)直透鏡40與反射鏡52之間的距離的變化，引起光強(qiáng)變化，該光強(qiáng)變化被分路23、分路21傳輸進(jìn)入光探測(cè)器30。因此它將滿足不同場(chǎng)合測(cè)量的需要，例如，探測(cè)深井下的壓力等。綜上所述，本發(fā)明光纖傳感器，應(yīng)用了入射波與反射波干涉產(chǎn)生駐波的原理，利用光纖準(zhǔn)直器端面與對(duì)面的反射鏡間F-P現(xiàn)象，使外界振動(dòng)或壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閮烧唛g距的變化，從而使光探測(cè)器探測(cè)到的光發(fā)生相應(yīng)的變化；由此可以應(yīng)用在聲光傳感檢測(cè)和壓力傳感檢測(cè)上，并且具備抗電磁干擾、性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、精度高、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，因此極為實(shí)用。
權(quán)利要求
1.一種光纖傳感器，包括一傳感器外殼(10)；位于傳感器外殼(10)前部的一分路器(20)；與分路器(20)光連接的光探測(cè)器(30)，設(shè)置在傳感器外殼(10)后部的準(zhǔn)直透鏡(40)和反射鏡裝置(50)；其特征在于所述的設(shè)置在傳感器外殼(10)后部的反射鏡裝置(50)包括位于傳感器外殼(10)后端面上的反射膜(51)，該反射膜(51)呈柔性狀態(tài)，它依靠外界聲波振動(dòng)或壓力改變準(zhǔn)直透鏡(40)和反射鏡裝置(50)之間的光程。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖傳感器，其特征在于所述的反射鏡裝置(50)的反射膜(51)是在一柔性鼓膜的內(nèi)側(cè)上鍍?cè)O(shè)一層反射膜而形成。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖傳感器，其特征在于所述的反射鏡裝置(50)的反射膜(51)是一薄金屬鋼片。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖傳感器，其特征在于所述的反射鏡裝置(50)還包括一設(shè)置在傳感器外殼(10)內(nèi)腔后部中的反射鏡(52)。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖傳感器，其特征在于所述的設(shè)置在傳感器外殼(10)前部的分路器(20)是一Y型分路器，其中，分路(21)與光探測(cè)器(30)連接，承接窄帶光源，分路(22)與光源(60)連接，分路(23)匯集分路(21)和分路(22)的光信號(hào)后送至準(zhǔn)直透鏡(40)。
6.如權(quán)利要求1或4所述的光纖傳感器，其特征在于在所述的傳感器外殼(10)前端孔處設(shè)置密封膠(11)，該密封膠(11)與傳感器外殼(10)前側(cè)端孔緊密結(jié)合；所述的反射膜(51)與傳感器外殼(10)后側(cè)端緊密貼合。
7.如權(quán)利要求6所述的光纖傳感器，其特征在于在所述的由密封膠(11)和反射膜(51)緊密貼合的傳感器外殼(10)的內(nèi)腔呈真空狀。
8.如權(quán)利要求6所述的光纖傳感器，其特征在于在所述的由密封膠(11)和反射膜(51)緊密貼合的傳感器外殼(10)的內(nèi)腔呈非真空狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖傳感器，包括傳感器外殼；位于傳感器外殼前部的分路器；與分路器光連接的光探測(cè)器，設(shè)置在傳感器外殼后部的準(zhǔn)直透鏡和反射鏡裝置；其特點(diǎn)是反射鏡裝置包括位于傳感器外殼后端面上的反射膜，該反射膜呈柔性狀態(tài)，可以在一柔性鼓膜的內(nèi)側(cè)上鍍?cè)O(shè)一層反射膜而形成，也可以是一薄金屬鋼片，該反射膜依靠外界聲波振動(dòng)或壓力改變準(zhǔn)直透鏡和反射鏡裝置之間的光程。本發(fā)明應(yīng)用入射波與反射波干涉產(chǎn)生駐波的原理，利用光纖準(zhǔn)直器端面與對(duì)面反射鏡間F－P現(xiàn)象，使外界振動(dòng)或壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閮烧唛g距的變化，從而使光探測(cè)器探測(cè)到的光發(fā)生相應(yīng)的變化，由此可應(yīng)用在聲光和壓力傳感檢測(cè)上；它性能穩(wěn)定精度高且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小，因此極為實(shí)用。
文檔編號(hào)G01D5/26GK1490598SQ0213741
公開日2004年4月21日 申請(qǐng)日期2002年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月14日
發(fā)明者張立國(guó) 申請(qǐng)人:上海樂(lè)通光通信有限公司